摘要：目前，天然气水合物已成为国内外研究的热点。本文阐述天然气水合物的概念与基本类型，通过追踪天然气水合物的发现历史，分析研究历程和研究现状，对世界上天然气水合物分布、开采以及相关环境问题作了简要、系统的阐述，并提出了天然气水合物目前研究面临的急需解决的问题与研究重点。

　　关键词：天然气水合物 环境问题 研究现状

　　中图分类号：TE64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（a）-0094-02

　　1 天然气水合物

　　1.1 天然气水合物概述

　　天然气水合物（Gas Hydrate）指在特定的压力和温度条件下，甲烷气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物。又名冰冻甲烷，甲烷水合物。有时乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起形成固态混合天然气水合物。

　　天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其最基本的特点是空的水合物晶格的独特晶体结构和空间构架决定了它特有的高浓集气体的能力，即1m3的天然气水合物可在常温常压下释放164m3的天然气及0.8m3的淡水。

　　天然气水合物按其晶格结构可分为Ⅰ型、Ⅱ型和H型。Ⅰ型笼架晶格以各自的笼架体心堆砌排列，笼架晶格空间足以包容甲烷、乙烷以及与之相似的其他气体分子（如二氧化碳、硫化氢等），为立方晶体结构。Ⅱ型笼架晶格较大，不仅能包容甲烷和乙烷等气体分子，而且也能包容丙烷、异丁烷等尺寸较大的气体分子，为菱型晶体结构。H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界分布最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。

　　1.2 天然气水合物的发现

　　天然气水合物是20世纪才发现并被重视的一种新型的清洁能源矿产资源，据估算其资源量是全球煤炭、石油、天然气资源总量的两倍，是目前地球上尚未开发的最大未知能源库。

　　天然气水合物的发现史如下。

　　1810年，首次在实验室发现天然气水合物。

　　1960年代初期，前苏联学者通过地震地球物理方法，在西伯利亚永冻层中发现了天然产出的天然气水合物，但并未引起人们重视。

　　1964年，在俄罗斯西伯利亚的梅索雅卡气田钻井过程中，首次发现自然界中存在天然气水合物，其作为重要的能源类型得到了全世界广泛关注和研究。

　　20世纪70年代，大洋钻探计划和深海钻探计划的实施，加快了天然气水合物发现的进程，天然气水合物研究和普查勘探工作开始全面发展。大规模的国际合作成果卓著，在多处海底发现了天然气水合物。

　　2 天然气水合物研究现状

　　随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。同时，随着冻土带和海洋中天然气水合物发现量的不断增大，其潜在的战略意义和可观的经济效益引起许多国家政府的高度重视，纷纷投入巨资，并成立专门机构进行开发研究，使其成为21世纪潜在新能源研究的新热点。

　　至今在世界海域内已有60处直接或间接发现了天然气水合物，其中在18处钻探岩心中见到天然气水合物，42处见有天然气水合物的地震标志BSR。

　　目前，天然气水合物的研究主要集中在以下几个方面：天然气水合物资源量的测定与评估，天然气水合物的开发前景及其面临的环境问题，及天然气水合物储运与利用技术等。

　　2.1 国际天然气水合物研究

　　2.1.1 天然气水合物的分布

　　全球已在40多个海域发现有天然气水合物存在的证据。初步估测全球天然气水合物的蕴藏资源量：甲烷气1×1015～1×1017m3（平均21×1015m3），甲烷碳约为10000Gt。世界天然气水合物资源中若只有1%～2%是经济可采储量，也是一种巨大的能源来源。

　　天然气水合物资源分布情况如下：从北阿拉斯加、白令海、加利福尼亚近海、中美洲海沟、巴拿马盆地、哥伦比亚盆地、墨西哥湾、布莱克一巴哈马海岭、巴尔的摩峡谷，至东加拿大近海估算的天然气水合物远景资源量可逾（760～2915）×1012ft3。

　　2.1.2 天然气水合物的开采

　　目前国际上已投入开采的天然气水合物矿床分别是西伯利亚西部的Messoyakh气田和加拿大波弗特海Mackenzie三角洲边缘的冻土带。采用的开采方式有热力增产法、减压法、混合开采及注入抑制剂等。

　　2.1.3 相关环境问题

　　随着天然气水合物的开采，其引发的相关环境问题及地质灾害等也需要重视。

　　陆地及滨海地区天然气水合物所封存的甲烷量可能是大气中甲烷量的3000倍，上述地区释放出大量的甲烷对大气成分和大气的热辐射性能将产生重大影响，从而影响全球气候。在开采天然气水合物过程中，如果向大气中排放大量甲烷气体，这必然会进一步加剧全球的温室效应。

　　此外，天然气水合物的开采也极有可能引发崩塌。连续的沉积导致天然气水合物埋藏较深，最终天然气水合物埋藏深度足以使稳定带底部的温度达到使天然气水合物不再稳定的状态，因此，天然气水合物带的底部固结程度降低，并且由于气体释放形成超压，由于重力负载或地震扰动触发引起脆弱带（或低的剪切强度带）的崩塌以及海底滑坡。

　　2.2 我国天然气水合物研究现状

　　我国在20世纪80年代末即开始关注天然气水合物的研究。1999年，广州海洋地质调查局在西沙海槽区进行了天然气水合物资源的前期调查工作，拉开了我国海洋天然气水合物大调查工作的序幕。

　　近年来，我国领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。

　　在863计划、国家基金委支持的个别项目中开展了如采集技术、物理模拟和数值模拟技术、地震识别技术等研究，对我国一些海域天然气水合物的资源量进行了初步预测。中国科学院兰州地质研究所、广州地球化学研究所、寒区旱区环境与工程研究所等单位也开展了相关的地质、地球化学以及模拟实验研究。

　　石油大学、大庆石油开发研究院等单位在天然气水合物的实验室模拟技术和管道中天然气水合物的探测和清除技术研究方面，已取得重要成果。

　　中国地质调查局在2002年至2003年间委托中国有色金属甘肃地质勘查院承担了“青藏高原多年冻土区天然气水合物地球化学勘查预研究”项目。

　　2005年，勘探所承担了“青藏铁路沿线天然气水合物遥感识别标志研究”项目。国家自然科学基金委也设立“青藏高原多年冻土区天然气水合物的形成条件探讨”的项目，由中科院寒区旱区环境与工程研究所承担。

　　3 结语

　　天然气水合物是“后石油时代”的重要替代能源。随着对其研究的深入，目前面临的急需解决的问题主要有以下几点：寻找最具效益的生产方法；天然气水合物的开发对气候的影响；钻井问题；天然气水合物的能源地位。

　　此外，研究重点应放在如何获得有用的信息（如测井、岩心和钻井记录）、改进地质模型和地球物理勘探方法及提高生产技术上。

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